علوم اعصاب پروس؛ انعطاف‌پذیری وابسته به زمان اسپایک

Spike Timing-Dependent Plasticity

The preceding sections show that LTP and LTD are preferentially initiated by different rates of repetitive synaptic activity, with LTP requiring high frequency activity and LTD being induced by low frequency activity. However, the precise temporal relationship between activity in the preand postsynaptic cells can also be an important determinant of the amount and direction of long term synaptic plasticity. At a given (low) frequency of synaptic activity, LTD will occur if presynaptic activity is preceded by a postsynap- tic action potential, while LTP will occur if the postsynaptic action potential follows presynaptic activity (Figure 8.18A,B). The relationship between the time interval and the magnitude of the synaptic change is a very sensitive function of the time interval, with no changes observed if the presynaptic and postsynaptic activities are separated by 100 milliseconds or longer (Figure 8.18C). 

انعطاف‌پذیری وابسته به زمان اسپایک

بخش‌های قبلی نشان می‌دهند که LTP و LTD ترجیحاً توسط نرخ‌های مختلف فعالیت سیناپسی تکراری آغاز می‌شوند، به طوری که LTP به فعالیت با فرکانس بالا نیاز دارد و LTD توسط فعالیت با فرکانس پایین القا می‌شود. با این حال، رابطه زمانی دقیق بین فعالیت در سلول‌های پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی نیز می‌تواند عامل تعیین‌کننده مهمی در میزان و جهت انعطاف‌پذیری سیناپسی بلندمدت باشد. در یک فرکانس مشخص (پایین) از فعالیت سیناپسی، LTD در صورتی رخ می‌دهد که فعالیت پیش‌سیناپسی قبل از یک پتانسیل عمل پس‌سیناپسی رخ دهد، در حالی که LTP در صورتی رخ می‌دهد که پتانسیل عمل پس‌سیناپسی پس از فعالیت پیش‌سیناپسی رخ دهد (شکل 8.18A، B). رابطه بین فاصله زمانی و بزرگی تغییر سیناپسی تابعی بسیار حساس از فاصله زمانی است و اگر فعالیت‌های پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی 100 میلی‌ثانیه یا بیشتر از هم جدا شوند، هیچ تغییری مشاهده نمی‌شود (شکل 8.18C).

FIGURE 8.18 Spike timing-dependent synaptic plasticity in cultured hippocampal neurons. (A) Left: Stimulating a presynaptic neuron (Pre) causes an EPSP in the postsynaptic neuron; applying a subsequent stimulus to the postsynaptic neuron (Post) causes an action potential that is superimposed on the EPSP. Right: Repetitive application of this stimulus paradigm causes LTP of the EPSP. (B) Reversing the order of stimulation, so that the postsynaptic neuron is excited before the presynaptic neuron, causes LTD of the EPSP. (C) Complex dependence of STDP on the interval between presynaptic activity and postsynaptic activity. If the presynaptic neuron is activated 40 milliseconds or less before the postsynaptic neuron, then LTP occurs. Conversely, if the postsynaptic neuron is activated 40 milliseconds or less before the presynaptic neuron, LTD occurs. If the interval between the two events is longer than 40 milliseconds, no STDP is observed. (After Bi and Poo, 1998.)

شکل ۸.۱۸ انعطاف‌پذیری سیناپسی وابسته به زمان اسپایک در نورون‌های هیپوکامپ کشت‌شده. (الف) چپ: تحریک یک نورون پیش‌سیناپسی (Pre) باعث ایجاد یک EPSP در نورون پس‌سیناپسی می‌شود؛ اعمال یک محرک بعدی به نورون پس‌سیناپسی (Post) باعث ایجاد یک پتانسیل عمل می‌شود که بر EPSP قرار می‌گیرد. راست: اعمال مکرر این الگوی محرک باعث LTP مربوط به EPSP می‌شود. (ب) معکوس کردن ترتیب تحریک، به طوری که نورون پس‌سیناپسی قبل از نورون پیش‌سیناپسی تحریک شود، باعث LTD مربوط به EPSP می‌شود. (ج) وابستگی پیچیده STDP به فاصله زمانی بین فعالیت پیش‌سیناپسی و فعالیت پس‌سیناپسی. اگر نورون پیش‌سیناپسی ۴۰ میلی‌ثانیه یا کمتر قبل از نورون پس‌سیناپسی فعال شود، LTP رخ می‌دهد. برعکس، اگر نورون پس‌سیناپسی ۴۰ میلی‌ثانیه یا کمتر قبل از نورون پیش‌سیناپسی فعال شود، LTD رخ می‌دهد. اگر فاصله بین دو رویداد بیش از ۴۰ میلی‌ثانیه باشد، هیچ STDP مشاهده نمی‌شود. (بعد از بی و پو، ۱۹۹۸)

Because precise timing of presynaptic and postsynaptic activity determines the polarity of these forms of long lasting synaptic plasticity, they are called spike timing dependent plasticity (STDP). Although the mechanisms involved are not yet well understood, it appears that the properties of STDP arise from timing dependent differences in postsynaptic Ca²⁺ signals. Specifically, if a postsynaptic action potential occurs after presynaptic activity, the resulting depolarization will relieve the block of NMDA receptors by Mg²⁺ and cause a relatively large amount of Ca²⁺ influx through postsynaptic NMDA receptors, yielding LTP. In contrast, if the postsynaptic action potential occurs before the presynaptic action potential, then the depolarization associated with the postsynaptic action potential will subside by the time an EPSP occurs. This sequence of events will reduce the amount of Ca²⁺ entry through the NMDA receptors, leading to LTD. It has been postulated that other signals, such as endocannabinoids (see Chapter 6), may also be required for LTD induction during STDP.

از آنجا که زمان‌بندی دقیق فعالیت پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی، قطبیت این اشکال انعطاف‌پذیری سیناپسی طولانی‌مدت را تعیین می‌کند، به آنها انعطاف‌پذیری وابسته به زمان اسپایک (STDP) گفته می‌شود. اگرچه مکانیسم‌های دخیل هنوز به خوبی درک نشده‌اند، به نظر می‌رسد که خواص STDP از تفاوت‌های وابسته به زمان در سیگنال‌های⁺Ca² پس‌سیناپسی ناشی می‌شود. به طور خاص، اگر یک پتانسیل عمل پس‌سیناپسی پس از فعالیت پیش‌سیناپسی رخ دهد، دپلاریزاسیون حاصل، بلوک گیرنده‌های NMDA توسط⁺Mg² را تسکین می‌دهد و باعث ورود مقدار نسبتاً زیادی⁺Ca² از طریق گیرنده‌های NMDA پس‌سیناپسی می‌شود و LTP را به همراه دارد. در مقابل، اگر پتانسیل عمل پس‌سیناپسی قبل از پتانسیل عمل پیش‌سیناپسی رخ دهد، دپلاریزاسیون مرتبط با پتانسیل عمل پس‌سیناپسی تا زمان وقوع EPSP فروکش می‌کند. این توالی رویدادها، میزان ورود⁺Ca² از طریق گیرنده‌های NMDA را کاهش می‌دهد و منجر به LTD می‌شود. فرض بر این است که سیگنال‌های دیگری مانند اندوکانابینوئیدها (به فصل 6 مراجعه کنید) نیز ممکن است برای القای LTD در طول STDP مورد نیاز باشند.

The requirement for a precise temporal relationship between presynaptic and postsynaptic activity means that STDP can perform several novel types of neuronal computation. STDP can provide a means of encoding information about causality. For example, if a synapse generates a suprathreshold EPSP, the resulting postsynaptic action potential would rapidly follow presynaptic activity, and the resulting LTP would encode the fact that the postsynaptic action potential resulted from the activity of that synapse. STDP could also serve as a mechanism for competition between synaptic inputs: Stronger inputs would be more likely to produce suprathreshold EPSPs and be reinforced by the resulting LTP, whereas weaker inputs would not generate postsynaptic action potentials that were correlated with presynaptic activity. There is evidence that STDP is important for neural circuit function, such as determining orientation preference in the visual system (see Chapter 12).

الزام به یک رابطه زمانی دقیق بین فعالیت پیش‌سیناپسی و پس‌سیناپسی به این معنی است که STDP می‌تواند چندین نوع جدید از محاسبات عصبی را انجام دهد. STDP می‌تواند وسیله‌ای برای رمزگذاری اطلاعات در مورد علیت فراهم کند. به عنوان مثال، اگر یک سیناپس یک EPSP فوق‌آستانه‌ای تولید کند، پتانسیل عمل پس‌سیناپسی حاصل به سرعت فعالیت پیش‌سیناپسی را دنبال می‌کند و LTP حاصل این واقعیت را رمزگذاری می‌کند که پتانسیل عمل پس‌سیناپسی ناشی از فعالیت آن سیناپس است. STDP همچنین می‌تواند به عنوان مکانیسمی برای رقابت بین ورودی‌های سیناپسی عمل کند: ورودی‌های قوی‌تر احتمال بیشتری دارند که EPSPهای فوق‌آستانه‌ای تولید کنند و توسط LTP حاصل تقویت شوند، در حالی که ورودی‌های ضعیف‌تر پتانسیل‌های عمل پس‌سیناپسی که با فعالیت پیش‌سیناپسی همبستگی دارند را ایجاد نمی‌کنند. شواهدی وجود دارد که STDP برای عملکرد مدار عصبی، مانند تعیین ترجیح جهت‌گیری در سیستم بینایی، مهم است (به فصل 12 مراجعه کنید).

In summary, activity dependent forms of synaptic plasticity cause changes in synaptic transmission that modify the functional connections within and among neural circuits. These changes in the efficacy and local geometry of synaptic connectivity can provide a basis for learning, memory, and other forms of brain plasticity. Activity dependent changes in synaptic transmission may also be involved in some pathologies. Abnormal patterns of neuronal activity, such as those that occur in epilepsy, can stimulate abnormal changes in synaptic connections that may further increase the frequency and severity of seizures (Clinical Applications). Despite the substantial advances in understanding the cellular and molecular bases of some forms of plasticity, the means by which selective changes of synaptic strength encode memories or other complex behavioral modifications in the mammalian brain are simply not known.

به طور خلاصه، اشکال وابسته به فعالیت انعطاف‌پذیری سیناپسی باعث تغییراتی در انتقال سیناپسی می‌شوند که ارتباطات عملکردی درون و بین مدارهای عصبی را تغییر می‌دهند. این تغییرات در اثربخشی و هندسه محلی اتصال سیناپسی می‌تواند مبنایی برای یادگیری، حافظه و سایر اشکال انعطاف‌پذیری مغز فراهم کند. تغییرات وابسته به فعالیت در انتقال سیناپسی همچنین ممکن است در برخی از آسیب‌شناسی‌ها دخیل باشند. الگوهای غیرطبیعی فعالیت عصبی، مانند مواردی که در صرع رخ می‌دهد، می‌توانند تغییرات غیرطبیعی در ارتباطات سیناپسی را تحریک کنند که ممکن است دفعات و شدت تشنج‌ها را بیشتر افزایش دهد (کاربردهای بالینی). با وجود پیشرفت‌های قابل توجه در درک مبانی سلولی و مولکولی برخی از اشکال انعطاف‌پذیری، روشی که تغییرات انتخابی قدرت سیناپسی از طریق آن خاطرات یا سایر تغییرات رفتاری پیچیده را در مغز پستانداران رمزگذاری می‌کنند، به سادگی شناخته نشده است.

CLINICAL APPLICATIONS

Epilepsy: The Effect of Pathological Activity on Neural Circuitry

Epilepsy is a brain disorder characterized by periodic and unpredictable seizures. The behavioral manifestations of epileptic seizures in human patients range from mild twitching of an extremity to loss of consciousness and uncontrollable convulsions. Although many highly accomplished people have suffered from epilepsy (Alexander the Great, Julius Caesar, Napoleon, Dostoyevsky, and van Gogh, to name a few), seizures of sufficient intensity and frequency obviously can interfere with many aspects of daily life. Moreover, uncontrolled convulsions can lead to excitotoxicity. As much as 1% of the population is afflicted, making epilepsy one of the most common neurological problems.

کاربردهای بالینی

صرع: تأثیر فعالیت پاتولوژیک بر مدار عصبی

صرع یک ​​اختلال مغزی است که با تشنج‌های دوره‌ای و غیرقابل پیش‌بینی مشخص می‌شود. تظاهرات رفتاری تشنج‌های صرعی در بیماران انسانی از تکان‌های خفیف یک اندام تا از دست دادن هوشیاری و تشنج‌های غیرقابل کنترل متغیر است. اگرچه بسیاری از افراد بسیار موفق از صرع رنج برده‌اند (اسکندر کبیر، جولیوس سزار، ناپلئون، داستایوفسکی و ون گوگ، به عنوان چند نمونه)، تشنج‌هایی با شدت و فراوانی کافی بدیهی است که می‌توانند در بسیاری از جنبه‌های زندگی روزمره اختلال ایجاد کنند. علاوه بر این، تشنج‌های کنترل نشده می‌توانند منجر به سمیت تحریکی شوند. تا 1٪ از جمعیت به این بیماری مبتلا هستند و صرع را به یکی از شایع‌ترین مشکلات عصبی تبدیل می‌کنند.

Epilepsy is mediated by the rhythmic firing of large groups of neurons. It seems likely that this atypical neuronal activity generates plastic changes in cortical circuitry that are critical to the pathogenesis of the disease. The importance of neuronal plasticity in epilepsy is indicated most clearly by an animal model of seizure production called kindling. To induce kindling, a stimulating electrode is implanted in the brain, often in the amygdala (a component of the limbic system that makes and receives connections with the cortex, thalamus, and other limbic structures, including the hippocampus; see Chapter 31). At the beginning of such an experiment, weak electrical stimulation, in the form of a low amplitude train of electrical pulses, has no discernible effect on behavior or on the pattern of electrical activity in the brain. As this weak stimulation is repeated once a day for several weeks, it begins to produce behavioral and electrical indications of seizures. By the end of the experiment, the same weak stimulus that initially had no effect now causes full-blown seizures. This phenomenon is essentially permanent; even after an interval of a year, the same weak stimulus will again trigger a seizure. Thus, repetitive weak activation produces long lasting changes in the excitability of the brain that time cannot reverse. The word kindling is therefore quite appropriate a single match can start a devastating fire.

صرع توسط شلیک ریتمیک گروه‌های بزرگی از نورون‌ها ایجاد می‌شود. به نظر می‌رسد که این فعالیت غیرمعمول نورونی، تغییرات انعطاف‌پذیری در مدارهای قشری ایجاد می‌کند که برای پاتوژنز بیماری حیاتی هستند. اهمیت انعطاف‌پذیری نورونی در صرع به وضوح توسط یک مدل حیوانی از تولید تشنج به نام کیندلینگ نشان داده شده است. برای القای کیندلینگ، یک الکترود تحریک‌کننده در مغز، اغلب در آمیگدال (جزئی از سیستم لیمبیک که با قشر مغز، تالاموس و سایر ساختارهای لیمبیک، از جمله هیپوکامپ، ارتباط برقرار می‌کند و دریافت می‌کند؛ به فصل 31 مراجعه کنید) کاشته می‌شود. در ابتدای چنین آزمایشی، تحریک الکتریکی ضعیف، به شکل یک قطار کم دامنه از پالس‌های الکتریکی، هیچ تأثیر قابل تشخیصی بر رفتار یا الگوی فعالیت الکتریکی در مغز ندارد. از آنجایی که این تحریک ضعیف یک بار در روز به مدت چند هفته تکرار می‌شود، شروع به ایجاد نشانه‌های رفتاری و الکتریکی تشنج می‌کند. در پایان آزمایش، همان محرک ضعیفی که در ابتدا هیچ تأثیری نداشت، اکنون باعث تشنج‌های کامل می‌شود. این پدیده اساساً دائمی است؛ حتی پس از یک فاصله زمانی یک ساله، همان محرک ضعیف دوباره باعث تشنج می‌شود. بنابراین، فعال‌سازی ضعیف و مکرر، تغییرات طولانی‌مدتی در تحریک‌پذیری مغز ایجاد می‌کند که زمان نمی‌تواند آن را معکوس کند. بنابراین، کلمه آتش‌افروزی کاملاً مناسب است. یک کبریت می‌تواند آتشی ویرانگر را روشن کند.

The changes in the electrical pat- terns of brain activity detected in kindled animals resemble those in human epilepsy. Modern thinking about the causes (and possible cures) of epilepsy has focused on where seizures originate and the mechanisms that make the affected region hyperexcitable. Most of the evidence suggests that atypical activity in small areas of the cerebral cortex (called foci) provide the triggers for a seizure that then spreads to other synaptically connected regions. For example, a seizure originating in the thumb area of the right motor cortex will first be evident as uncontrolled movement of the left thumb that subsequently extends to other more proximal limb muscles, whereas a seizure originating in the visual association cortex of the right hemisphere may be heralded by complex hallucinations in the left visual field. The behavioral manifestations of seizures therefore provide important clues for the neurologist seeking to pinpoint the atypical region of cerebral cortex.

تغییرات الگوهای الکتریکی فعالیت مغز که در حیوانات مبتلا به صرع مشاهده می‌شود، مشابه تغییرات در صرع انسان است. تفکر مدرن در مورد علل (و درمان‌های احتمالی) صرع بر محل منشأ تشنج‌ها و مکانیسم‌هایی که ناحیه آسیب‌دیده را بیش از حد تحریک‌پذیر می‌کنند، متمرکز شده است. بیشتر شواهد نشان می‌دهد که فعالیت غیرمعمول در نواحی کوچک قشر مغز (به نام کانون‌ها) محرک‌های تشنجی را فراهم می‌کند که سپس به سایر مناطق متصل به سیناپس گسترش می‌یابد. به عنوان مثال، تشنجی که از ناحیه شست قشر حرکتی راست شروع می‌شود، ابتدا به صورت حرکت کنترل نشده شست چپ آشکار می‌شود که متعاقباً به سایر عضلات اندام مجاورتر گسترش می‌یابد، در حالی که تشنجی که از قشر ارتباط بینایی نیمکره راست شروع می‌شود، ممکن است با توهمات پیچیده در میدان بینایی چپ آغاز شود. بنابراین، تظاهرات رفتاری تشنج‌ها سرنخ‌های مهمی را برای متخصص مغز و اعصاب فراهم می‌کند تا ناحیه غیرمعمول قشر مغز را مشخص کند.

Epileptic seizures can be caused by a variety of acquired or congenital factors, including cortical damage from trauma, stroke, tumors, congenital cortical dysgenesis (failure of the cortex to grow properly), and congenital vascular malformations. One rare form of epilepsy, Rasmussen’s encephalitis, is an autoimmune disease that arises when the immune system attacks the brain, using both humoral agents (ie., antibodies) and cellular agents (lymphocytes and macrophages) that can destroy neurons. Some forms of epilepsy are heritable, and more than a dozen distinct genes have been demonstrated to underlie unusual types of epilepsy (see Clinical Applications, Chapter 4). Most forms of familial epilepsy (such as juvenile myoclonic epilepsy and petit mal epilepsy) are caused by the simultaneous inheritance of more than one mutant gene.

تشنج‌های صرعی می‌توانند ناشی از عوامل اکتسابی یا مادرزادی مختلفی باشند، از جمله آسیب قشر مغز ناشی از ضربه، سکته مغزی، تومورها، دیسژنز مادرزادی قشر مغز (عدم رشد مناسب قشر مغز) و ناهنجاری‌های عروقی مادرزادی. یکی از انواع نادر صرع، آنسفالیت راسموسن، یک بیماری خودایمنی است که زمانی ایجاد می‌شود که سیستم ایمنی بدن با استفاده از عوامل هومورال (یعنی آنتی‌بادی‌ها) و عوامل سلولی (لنفوسیت‌ها و ماکروفاژها) که می‌توانند نورون‌ها را از بین ببرند، به مغز حمله می‌کند. برخی از انواع صرع ارثی هستند و بیش از دوازده ژن مجزا نشان داده شده‌اند که زمینه‌ساز انواع غیرمعمول صرع هستند (به کاربردهای بالینی، فصل ۴ مراجعه کنید). اکثر اشکال صرع خانوادگی (مانند صرع میوکلونیک نوجوانان و صرع پتی مال) ناشی از وراثت همزمان بیش از یک ژن جهش‌یافته هستند.

No effective prevention or cure exists for epilepsy. Pharmacological therapies that successfully inhibit seizures are based on two general strategies. One approach is to enhance the function of inhibitory synapses that use the neurotransmitter GABA; the other is to limit action potential firing by acting on voltage gated Na⁺ channels. Commonly used antiseizure medications in Electroencephalogram (EEG) recorded during a seizure (at arrow). The traces show atypical rhythmic activity that reflects the synchronous firing of large numbers of cortical neurons. This pattern of activity persisted for much longer than the 3 seconds shown. Designations at left are various positions of electrodes on the head. (After Dyro, 1989.)

هیچ پیشگیری یا درمان موثری برای صرع وجود ندارد. درمان‌های دارویی که با موفقیت تشنج‌ها را مهار می‌کنند، مبتنی بر دو استراتژی کلی هستند. یک رویکرد، افزایش عملکرد سیناپس‌های مهاری است که از انتقال‌دهنده عصبی GABA استفاده می‌کنند؛ رویکرد دیگر، محدود کردن شلیک پتانسیل عمل با تأثیر بر کانال‌های⁺Na وابسته به ولتاژ است. داروهای ضد تشنج رایج در الکتروانسفالوگرام (EEG) که در طول تشنج ثبت شده‌اند (در فلش). ردپاها فعالیت ریتمیک غیرمعمولی را نشان می‌دهند که نشان دهنده شلیک همزمان تعداد زیادی از نورون‌های قشر مغز است. این الگوی فعالیت برای مدت بسیار طولانی‌تری از 3 ثانیه نشان داده شده ادامه داشت. علائم سمت چپ، موقعیت‌های مختلف الکترودها روی سر هستند. (بعد از Dyro، 1989.)

clude carbamazepine, phenobarbital, phenytoin (Dilantin), and valproic acid. These agents, which must be taken daily, successfully inhibit seizures in 60% to 70% of patients. In a small fraction of patients, the epileptogenic region can be surgically excised. In extreme cases, physicians resort to cutting the corpus callosum to prevent the spread of seizures (most of the “splitbrain” patients described in Chapter 33 suffered from intractable epilepsy). One of the major reasons for controlling epileptic activity is to prevent the more permanent plastic changes that would ensue as a consequence of atypical and excessive neural activity.

شامل کاربامازپین، فنوباربیتال، فنی‌توئین (دیلانتین) و والپروئیک اسید می‌شود. این داروها که باید روزانه مصرف شوند، در ۶۰ تا ۷۰ درصد بیماران با موفقیت تشنج را مهار می‌کنند. در بخش کوچکی از بیماران، ناحیه صرع‌زا را می‌توان با جراحی برداشت. در موارد شدید، پزشکان برای جلوگیری از گسترش تشنج به بریدن جسم پینه‌ای متوسل می‌شوند (بیشتر بیماران “مغز شکافته” که در فصل ۳۳ توضیح داده شده‌اند، از صرع مقاوم به درمان رنج می‌بردند). یکی از دلایل اصلی کنترل فعالیت صرع، جلوگیری از تغییرات پلاستیکی دائمی‌تر است که در نتیجه فعالیت عصبی غیرمعمول و بیش از حد ایجاد می‌شود.

Summary

Synapses exhibit many forms of plasticity that occur over a broad temporal range. At the shortest times (milliseconds to minutes), facilitation, augmentation, potentiation, and depression provide rapid but transient modifications in synaptic transmission. These forms of plasticity change the amount of neurotransmitter released from presynaptic terminals and are based on alterations in Ca²⁺ signaling and synaptic vesicle pools at recently active terminals. Longer lasting forms of synaptic plasticity such as LTP and LTD are also based on Ca²⁺ and other intracellular second messengers. At least some of the synaptic changes produced by these long lasting forms of plasticity are postsynaptic, caused by changes in neurotransmitter receptor trafficking, although alterations in neurotransmitter release from the presynaptic terminal can also occur. In these more enduring forms of plasticity, protein phosphorylation and changes in gene expression greatly outlast the period of synaptic activity and can yield changes in synaptic strength that persist for hours, days, or even longer. Long lasting synaptic plasticity can serve as a neural mechanism for many forms of brain plasticity, such as learning new behaviors or acquiring new memories.

خلاصه

سیناپس‌ها اشکال مختلفی از انعطاف‌پذیری را نشان می‌دهند که در یک محدوده زمانی وسیع رخ می‌دهند. در کوتاه‌ترین زمان‌ها (میلی‌ثانیه تا دقیقه)، تسهیل، تقویت، تقویت و تضعیف، تغییرات سریع اما گذرا در انتقال سیناپسی ایجاد می‌کنند. این اشکال انعطاف‌پذیری، میزان انتقال‌دهنده عصبی آزاد شده از پایانه‌های پیش‌سیناپسی را تغییر می‌دهند و مبتنی بر تغییرات در سیگنالینگ⁺Ca² و مخازن وزیکول سیناپسی در پایانه‌های اخیراً فعال شده هستند. اشکال پایدارتر انعطاف‌پذیری سیناپسی مانند LTP و LTD نیز مبتنی بر⁺Ca² و سایر پیام‌رسان‌های ثانویه درون سلولی هستند. حداقل برخی از تغییرات سیناپسی ایجاد شده توسط این اشکال پایدار انعطاف‌پذیری، پس‌سیناپسی هستند که ناشی از تغییرات در انتقال گیرنده‌های انتقال‌دهنده عصبی هستند، اگرچه تغییرات در آزادسازی انتقال‌دهنده عصبی از پایانه پیش‌سیناپسی نیز می‌تواند رخ دهد. در این اشکال پایدارتر انعطاف‌پذیری، فسفوریلاسیون پروتئین و تغییرات در بیان ژن تا حد زیادی از دوره فعالیت سیناپسی بیشتر طول می‌کشد و می‌تواند تغییراتی در قدرت سیناپسی ایجاد کند که ساعت‌ها، روزها یا حتی بیشتر ادامه می‌یابد. انعطاف‌پذیری سیناپسی طولانی‌مدت می‌تواند به عنوان یک مکانیسم عصبی برای بسیاری از اشکال انعطاف‌پذیری مغز، مانند یادگیری رفتارهای جدید یا کسب خاطرات جدید، عمل کند.

ADDITIONAL READING